器件檢驗的製作方法

2023-07-25 13:03:11 4

專利名稱：器件檢驗的製作方法
技術領域：
本發明涉及可用於由光刻技術進行器件生產中的檢驗方法以及器件檢驗裝置。
背景技術：
在採用光刻投影裝置的生產過程中，圖案(例如在掩模中的)被成像在至少部分由一層輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上。在這種成像步驟之前，可以對基底可進行各種處理，如塗底漆、塗敷抗蝕劑和軟烘烤。在曝光後，可以對基底進行其它的處理，如曝光後烘烤(PEB)、顯影、硬烘烤和檢驗成像特徵。以這一系列工藝為基礎，對例如IC的器件的單層形成圖案。這種圖案層然後可進行任何不同的處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學—機械拋光等完成一單層所需的所有處理。如果需要多層，那麼對每一新層重複全部步驟或者其變化。最終，在基底(晶片)上出現器件陣列。然後採用例如切割或者鋸斷的技術將這些器件彼此分開，單個器件可以安裝在載體上，與管腳等連接。關於這些步驟的進一步信息可從例如Peter van Zant的「微型集成電路片製造半導體加工實踐入門(Microchip FabricationA Practical Guideto Semiconductor Processing)第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)」一書中獲得，這裡作為參考引入。
抗蝕劑顯影后的檢驗步驟一般是指計量，有兩個目的。首先，需要檢測在已顯影的抗蝕劑中圖案錯誤的靶部區域。如果足夠數量的小片是錯誤的，晶片上帶有圖案的抗蝕劑會被剝離並且晶片被再次曝光，希望圖案是正確的，而不是帶著錯誤的圖案執行加工步驟如刻蝕而造成錯誤的圖案。其次，這種測量可以允許在光刻裝置中使後來曝光的誤差被檢測和校正，例如照明設置或曝光時間。
計量測量可用於確定晶片的兩層之間的重迭誤差(overlay error)，或者用於確定焦距誤差或晶片一個特定層(通常為最上面的層)的特徵的臨界尺寸(critical dimension，簡稱CD)。有各種可以獲得計量測量的方法。典型地，在與光刻裝置分離的裝置中進行。在分離的裝置中進行測量通常是指離線。一個單獨的離線裝置可用於對幾個光刻裝置生產的晶片進行計量測量。
一種已知的離線計量裝置用於根據印在晶片上的框的像測量重迭，第一框印在第一層上並且第二框印在第二層上。這種裝置還可以用來測量焦點誤差。該裝置通常被稱為框套框(box-in-box)(或框架套框架)(frame-in-frame)。框套框裝置的缺點是由於依靠單根線成像檢測，其總精度受到限制。
第二種已知的離線計量裝置包括掃描電子顯微鏡(SEM)。該裝置提供了晶片表面的非常高解析度的測量，並且可用於CD測量。這種裝置的缺點是測量速度慢而且昂貴。
第三種已知的離線計量裝置是散射測定計。該裝置提供CD和/或重迭測量。在散射測定計中，白光在顯影的抗蝕劑中由周期性結構反射，並且因而產生的反射光譜在一給定角度被檢測。該結構引起反射光譜的重組，例如，採用嚴格耦合光波分析(Rigorous Coupled-Wave Analysis，簡稱RCWA)或者通過與模擬導出的光譜庫相比較。然而，結構的重組計算地非常深入並且該技術可以經受低靈敏度和差重複性。

發明內容
本發明的目的在於提供可以克服至少一項上述缺點的器件檢驗。
根據本發明，提供一種器件檢驗的方法，該方法包括在器件上提供一個被檢驗的不對稱標記，該標記的不對稱形式由被檢驗的參數決定，引導光至標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射角，獲得標記位置的第一測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射角，獲得標記位置的第二測量，比較所測量的第一與第二位置以確定表示標記不對稱程度的位移。
第一和第二位置測量可以包括具有不同衍射角但波長相同的衍射光的檢測。或者，第一和第二位置測量可以包括具有相同衍射角但波長不同的衍射光的檢測。再或者，第一和第二位置測量可以包括具有不同衍射角及不同波長的衍射光的檢測。
標記可以包括一個或多個衍射光柵，並且衍射角可以包括衍射級。
標記可以包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二低層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有相同的周期(period)，並且一個覆蓋另一個，這樣光被兩個衍射光柵的組合衍射。
標記可以包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有不同的周期，選擇各自的周期以在不同衍射級引起強衍射，標記的不對稱依賴於第一和第二層的重迭，測量包括通過測量一個衍射級來測量第一衍射光柵的位置，以及通過測量另一個衍射級或波長來測量第二衍射光柵的位置，所測量的位置之間的位移表示第一與第二層的重迭。
術語「強衍射」意指衍射足夠強以被測量，優選地，比經過組合的兩個衍射光柵的衍射更強。
標記可以包括設置為測量光刻投射裝置的聚焦精度的一個相位衍射光柵，該方法包括在光刻投射裝置的掩模上提供一個具有子結構的相位衍射光柵，該子結構包括一個基本上為λ/4的光程的梯度，該梯度具有相鄰衍射光柵柵線相反的符號，選擇子結構的周期使得當相位衍射光柵被光刻投射裝置投射在器件上時，聚焦誤差將導致相位衍射光柵移動，相位衍射光柵的鄰接柵線沿相反方向移動，以使通過位移測量的不對稱增強。
標記可以包括一個設置為測量光刻投射裝置中晶片上的曝光圖案的臨界尺寸的衍射光柵，該方法包括成像到晶片上，具有周期或者其衍射級的子結構的衍射光柵，臨界尺寸能夠通過光刻投射裝置成像，子結構被設置為形成補償衍射光柵不對稱的衍射光柵的附加柵線，臨界尺寸的改變改善了子結構的有效反射率，從而改善了衍射光柵的不對稱，改善後的不對稱被作為位移檢測。
本發明還提供一種器件檢驗裝置，該裝置包括一個設置為引導光至器件上的一個不對稱標記的光源，一個設置為檢測以一個特定波長或衍射角從標記衍射的光從而提供標記的位置測量的檢測器，一個設置為檢測以一個不同波長或衍射角從標記衍射的光從而提供標記的第二位置測量的第二檢測器，和設置為比較所測量的位置以確定表示標記不對稱程度的位移的比較裝置。
本發明還提供一種器件檢驗裝置，該裝置包括一個設置為引導光至器件上的一個相位衍射光柵的光源，一個設置為檢測從相位衍射光柵衍射的光的檢測器，和設置為利用所檢測的衍射光獲得檢驗信息的處理裝置。
在本申請中，本發明的裝置具體用於製造IC，但是應該明確理解這些裝置可能具有其它應用。例如，它可用於製造集成光學系統、用於磁疇存儲器的引導和檢測圖案、液晶顯示板、薄膜磁頭等等。本領域的技術人員將理解，在這種可替換的用途範圍中，在說明書中任何術語「劃線板」、「晶片」或者「電路小片(die)」的使用應認為分別可以由更普通的術語「掩模」、「基底」和「靶部」代替。
在本文件中，使用的術語「光」、「輻射」和「光束」包含所有類型的電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365、248、193、157或者126nm的波長)和EUV(遠紫外輻射，例如具有5-20nm的波長範圍)，和粒子束，如離子束或者電子束。


現在僅通過舉例的方式，參照附圖描述本發明的實施方案，其中圖1示意性地表示一種可用於生產利用本發明可以檢驗的器件的光刻投射裝置；圖2為可用於生產利用本發明可以檢驗的器件的光刻加工流程圖；圖3和圖4示意性地表示根據本發明可以使用的計量單元；圖5示意性地表示一種根據本發明的一種方法中使用的計量衍射光柵；圖6示意性地表示一種根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵；圖7示意性地說明衍射光柵之間的耦合；圖8示意性地表示一種根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵；圖9和圖10示意性地一種表示根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵；圖11和圖12示意性地說明一種可用於與本發明結合以減小測量誤差的方法；圖13和圖14示意性地表示一種根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵，以及計量衍射光柵作用的示意說明；圖15至圖18示意性地表示一種根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵，以及使用那種衍射光柵所獲得的結果；
圖19和圖20示意性地表示一種根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵和計量單元；圖21和圖22示意性地表示一種根據本發明的一種可選方法中使用的計量衍射光柵；圖23示意性地表示一種根據本發明可以使用的一種可選的計量單元；圖24至圖26示意性地表示根據本發明的一種對準和計量方法；和圖27示意性地示出不使用衍射光柵時本發明如何實施。
在圖中相應的附圖標記表示相應的部件。
具體實施例方式
光刻投射裝置圖1示意性地表示可以用於根據本發明的方法中的一種光刻投射裝置。該裝置包括輻射系統Ex，用於提供輻射投射光束PB(例如DUV輻射)，在該具體的例子中該輻射系統還包括輻射源LA；第一目標臺(掩模臺)MT，設有用於保持掩模MA(例如劃線板)的掩模保持器，並與用於將該掩模相對於物體PL精確定位的第一定位裝置連接；第二目標臺(基底臺)WT，設有用於保持基底W(例如塗敷抗蝕劑的矽晶片)的基底保持器，並與用於將基底相對於物體PL精確定位的第二定位裝置連接；和投射系統(「鏡頭」)PL，用於將掩模MA的輻射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一個或多個電路小片(die))上。
如上所述，該裝置是透射型的(即具有透射掩模)。但是該裝置通常也可以例如是反射型的(具有反射掩模)。或者該裝置可以採用其他類型的構圖部件，例如上述程控反射鏡陣列類型。
輻射源LA(例如受激準分子雷射器)產生輻射束。該光束直接或經過如擴束器Ex的橫向調節裝置後，再照射到照射系統(照射器)IL上。照射器IL包括調節裝置(AM)，用於設定光束強度分布的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。另外，它一般包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模MA上的光束PB在其橫截面具有理想的均勻性和強度分布。
應該注意，圖1中的輻射源LA可以置於光刻投射裝置的殼體中(例如當源是汞燈時經常是這種情況)，但也可以遠離光刻投射裝置，其產生的輻射光束被(例如通過適當的定向反射鏡的幫助)引導至該裝置中；當光源LA是準分子雷射器時通常是後面的那種情況。本發明和權利要求包含這兩種方案。
光束PB然後與保持在掩模臺MT上的掩模MA相交。經過掩模MA之後的光束PB通過鏡頭PL，該鏡頭將光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位裝置(和幹涉測量裝置IF)的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。類似的，例如在從掩模庫中機械取出掩模MA後或在掃描期間，可以使用第一定位裝置PM將掩模MA相對光束PB的光路進行精確定位。一般地，用圖1中未明確顯示的長衝程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實現目標臺MT、WT的移動。可是，在晶片分檔器中(與分步掃描裝置相對)，掩模臺MT可僅與短衝程執行裝置連接，或者固定。
所示的裝置可以按照兩種不同模式使用在步進模式中，掩模臺MT基本保持不動，整個掩模圖像被一次投射(即單「閃」)到靶部C上。然後基底臺WT沿x和/或y方向移動，以使不同的靶部C能夠由光束PB照射；和在掃描模式中，基本為相同的情況，但是所給的靶部C沒有暴露在單「閃」中。取而代之的是，掩模臺MT沿給定的方向(所謂的「掃描方向，例如y方向」)以速度v移動，以使投射光束PB掃描整個掩模圖像；同時，基底臺WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時移動，其中M是鏡頭PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在這種方式中，可以曝光相當大的靶部C，而沒有犧牲解析度。
圖2為構成本發明一部分的光刻加工的流程圖。在曝光步驟S4之前，可以使用如上述的圖1中的光刻投射裝置完成對基底如矽晶片的塗底漆步驟S1，旋轉塗敷步驟S2以用抗蝕劑層塗敷基底和軟烘烤步驟S3以從抗蝕劑中除去溶劑。在曝光後，晶片經歷曝光後烘烤步驟S5，顯影步驟S6，在顯影過程中曝光或未曝光的抗蝕劑(取決於抗蝕劑是陽性的還是陰性的)被去除，以及在檢驗步驟S8之間的硬烘烤S7。檢驗步驟S8包括各種不同的測量和檢驗，並且根據發明包括下文詳盡描述的計量步驟。如果晶片通過了檢驗，執行加工步驟S9。該步驟涉及刻蝕沒有被抗蝕劑覆蓋的基底區域、沉積生成物層、鍍金屬、離子注入等等。在加工步驟S9之後，在對另一層重新開始加工前進行剝離剩餘抗蝕劑S10和最終檢驗S11。在基底未通過步驟S8的檢驗的情況下，基底會被直接引導到剝離步驟S10並且進行印製同一加工層的又一次嘗試。儘管優選在硬烘烤S7之後進行檢驗步驟，在某些情況下，可以在曝光後烘烤S5或者甚至直接在曝光S4之後進行檢驗步驟。這樣做的方式在下文詳盡描述。
在檢驗步驟使用圖3所示類型的計量單元。該計量單元符合現有技術的對準單元，例如WO98/39689中所描述的，該文獻在這裡引入作為參考。參照圖3，基底標誌以衍射光柵的形式提供，表示為P1。具有波長λ的照明光束b入射到光柵上被分解為許多與衍射光柵法線成不同角度αn(未標註)延伸的子光束，該角度由已知的衍射光柵方程定義Sinn=nP]]>其中，n為衍射級數，P為衍射光柵周期。
為了在該文獻中進一步使用，衍射光柵被限定為一系列的柵線和間隔。在光強衍射光柵中柵線和間隔具有不同的反射率，所有的柵線具有基本上相等的反射率並且所有的間隔具有基本上相等的反射率。當具有平坦波前的輻射束傳播到光強光柵時，在輻射離開衍射光柵的平面內柵線和間隔處的光強不同。在相位衍射光柵中，柵線和間隔具有基本上相同的反射率，但是它們具有不同的折射率和/或不同的高度。當具有平坦波前的輻射束傳播到相位光柵時，在輻射離開衍射光柵的平面內柵線和間隔處的相位不同。
被衍射光柵反射的子光束的路徑併入透鏡系統L1，該透鏡系統L1將子光束的不同方向轉換為平面73內的不同位置unun＝f1αn在該平面內，裝置用於進一步分解不同的子光束。為此，可以在該平面內設置一個板，該板帶有偏轉元件具有例如楔狀物的形式。圖3中，楔狀板用WEP表示。楔狀物在例如板的後面。稜鏡72可以在板的前面，從輻射源70發出的入射光束例如He-Ne雷射，通過稜鏡可以耦合入計量傳感器。該稜鏡還可以防止0級子光束到達檢測器(在檢測器處不需要0級子光束)。楔狀物的數量相應於要使用的子光束的數量。在該實施例中示出每維附加級有六個楔狀物，這樣子光束可以被用盡，並且包括第7級。所有的楔狀物具有不同的楔角，這樣可以獲得不同子光束的最佳分解。
第二透鏡系統設置在楔狀板後面。該透鏡系統將標記P1成像在參考板平面RGP。缺少楔狀板時，所有子光束可以被添加在參考平面。由於不同子光束穿過楔狀板被以不同的角度反射，由子光束形成的圖象到達參考平面內的不同位置。這些位置Xn由下式給出Xn＝f2γn其中為γ子光束被楔狀板反射的角度。
在這些位置設置參考衍射光柵。在每個參考衍射光柵之後設置一個分離的檢測器。每個檢測器的輸出信號取決於基底衍射光柵P1的像與相關參考衍射光柵相一致的程度。每個衍射光柵的周期適應於入射到該衍射光柵的相關子光束的衍射級數。隨著衍射級數增加，光柵周期減小。
圖4示出圖3所示類型的計量單元，該計量單元設置為使用兩個波長。在圖4中，附圖標記160表示偏振靈敏光束分光器。該光束分光器從He-Ne雷射器接收具有第一波長λ1如633nm並具有第一偏振方向的第一光束b，並且將該光束傳送到基底對準標記P1。入射到該光束分光器的還有第二對準光束b5，第二對準光束具有第二波長λ2如532nm並且來自倍頻器之前的YAG雷射器。光束b5的偏振方向與光束b的偏振方向正交，這樣，光束b5被反射到基底標記P1。可以肯定光束分光器使光束b和光束b5的主要光線一致，這樣，這些光束將作為一個光束傳遞到標記P1。被標記反射後，光束b和光束b5再次被光束分光器分束。分離的單元170、180用於每個被分光器分束的光束。每個這樣的單元發射入射光束，並通過光束分光器接收來自基底標記的不同衍射級的子光束。在每個這樣的單元中，不同的子光束在不同參考衍射光柵上形成基底標記的像，如已經參照圖3描述的。為此，每個單元帶有透鏡系統L1、L2(L1』、L2』)、楔狀板WEP(WEP』)、帶有參考衍射光柵的板RGP(RGP』)、許多檢測器90-96(90』-96』)和通過耦合稜鏡72(72』)被耦合入系統的輻射光源70(70』)。
適當地放置圖3或圖4所示類型的計量單元，使在線計量可以實施。在本發明的一個實施例中，計量單元放置在一個軌道中(軌道傳送晶片至存儲器並且傳送來自存儲器的晶片，另外烘烤和顯影晶片)。計量單元位於曝光後烘烤和顯影的下遊，這樣，在抗蝕劑層曝光的圖案對於該單元是清晰可見的。在一個可選實施例中，計量單元位於與軌道相鄰處並且連接到軌道。晶片自軌道傳送到計量單元，並且測量後返回軌道。與軌道的連接是通過一個傳統的輸出埠，並且位於曝光後烘烤和顯影的下遊。在又一個可選實施例中，計量單元在不與軌道相連接的一個分離的裝置中，即離線。計量單元可以選擇地在光刻投射裝置內(該實施例在下文詳盡描述)。
在生產過程中(即在線)，標記包括在器件特徵投影到上晶片的過程中曝光在晶片上的衍射光柵。該衍射光柵可以位於一個特別設計的非生成物區域，或者可以位於分離生成物結構的劃痕線中。該晶片被顯影、烘烤及加工。該衍射光柵可以在檢驗過程中被用於聚焦計量，如下文詳盡描述的，或者被用於臨界尺寸計量。檢驗可以在任何合適的時間進行，如上文結合圖2所說明的。
在需要重迭計量處，衍射光柵的加工和生成物特徵已經完成，這樣它們可以永久地保持在晶片上。抗蝕劑層被旋轉塗敷在晶片上，隨後生成物特徵層與第二衍射光柵一起被曝光到晶片上。第二衍射光柵在第一衍射光柵上面，從而形成一不對稱標記。第一和第二衍射光柵的位置測量包括利用計量單元的不同衍射級或波長產生的標記(例如單獨或作為複合衍射光柵被檢測)進行。這些測量被用於確定重迭。
在本發明的一個實施例中，標記包括晶片生成物層上的第一衍射光柵10和晶片抗蝕劑層上的第二衍射光柵11，如圖5所示。由於例如生成物層的上面有氧化物層12，在衍射光柵10和11之間有某一垂直間隔。第二衍射光柵11與第一衍射光柵10具有相同的周期P，儘管第二衍射光柵的每個柵線更窄。第二衍射光柵相對於第一衍射光柵偏移任意位移D。可以將兩個光柵看作一個包括帶有確定整體形狀的複合光柵的標記。該複合光柵包括由第一和第二衍射光柵之間的任意位移D引起的不對稱。儘管圖5中示出的第二衍射光柵的每個柵線比第一衍射光柵的每個柵線窄，但這並不是必需的。只需第二衍射光柵和第一衍射光柵的某些部分對於計量單元是可見的(例如，第一衍射光柵的每個柵線可以比第二衍射光柵的每個柵線寬，由於任意位移D，第二衍射光柵是可見的)。
作為不對稱的結果，由圖3和圖4的計量單元測量的複合光柵的表面位置被移動。該位移x位移取決於被檢測的波長(λ)和衍射級n。由於該位移依賴于波長和衍射級，可以將位移視作通過對不同波長和衍射級的位置測量的比較獲得的信息。位移包括任意位移D和由光刻投射裝置的誤差(例如重迭誤差(overlay error))引起的位移，由誤差引起的位移的大小和符號可以通過與任意位移比較來測量。可以理解，任意位移D是為便於在線計量測量在第一和第二衍射光柵之間導致不對稱的多種途徑中的一種。導致不對稱的可選方法將在下文詳盡描述。
在計量測量過程中，相對於計量單元掃描基底。可以理解基底可以與例如被掃描的計量單元的參考衍射光柵(圖3中的RGP)一起安裝；只需在基底與參考衍射光柵之間存在相對移動。掃描橫向於衍射光柵的柵線方向，並且具有使衍射光柵的像P1通過每個參考衍射光柵RGP(RGP』)從而在檢測器90-96(90』-96』)產生正弦信號的作用。記錄正弦信號作為基底位置的函數，確定衍射光柵P1的中心作為來自每個檢測器的正弦信號通過峰值的位置。
通過掃描基底臺(圖1中的WT)實現基底的掃描。基底臺的移動將引入基底臺的一個小的未知位置誤差Δx級(t)。考慮到該誤差，在掃描過程中，檢測的計量信號作為時間t的函數可以寫為 其中，n為衍射級，λ為波長，a和b為常數，並且Δx級(t)為基底臺的預期位置vt和實際位置之間的差異。對於低頻誤差，基底臺位置誤差表現為測量位置中的位置誤差。採用曲線擬和，例如採用最小平方擬和，產生如下測量位置x測量的(n，λ，t，D)＝Δx級(t)+x位移(n，λ，D)測量任何級/顏色之間測量位置的差異，產生級間位移SbOSbO(m，n，λ1，λ2，t1，t2，D)＝x測量的(m，λ1，t1，D)-x測量的(n，λ2，t2，D)＝x位移(m，λ1，D)-x位移(n，λ2，D)+Δx級(t1)-Δx級(t2)其中，m和n表示衍射級，並且λ1和λ2表示波長。如上式中所示，術語「級間位移」(Shift-between-Orders，簡稱SbO)是指當測量不同衍射級時或者當對於相同的衍射級測量不同的波長或對不同衍射級測量不同波長時產生的測量位置中的差異。為簡化術語起見，該術語並不專指不同波長。這並不意味著在該文獻中的任何地方，由不同波長測量產生的差異被排除在外。
在同一時間t進行兩個位置的測量。級誤差在SbO中被抵消，簡化為SbO(m，n，λ1，λ2，D)＝x位移(m，λ1，D)-x位移(n，λ2，D)這樣，SbO與時間和級誤差無關。
在另一個實施例中，選擇的級、波長和測量時間t保持不變，這樣SbO僅為偏移量D的函數。
由於設置的對稱性SbO(D)＝-SbO(-D)為了測量重迭，兩個複合衍射光柵被印製為帶有相反偏移量D+δ、D-δ，其中，D表示任意位移並且δ表示由光刻投射裝置的誤差引起的位移。在理想情況下，重迭δ＝0並且SbO的總和為零。這時產生簡單的重迭計量測量，當重迭理想時，表示計量單元的解析度(例如小於1mm)。然而，幾乎可以肯定重迭為非理想情況，於是，重迭誤差被量化以提供有效的計量測量。
通過將誤差與已知微小偏移相比較來量化重迭誤差。將重迭誤差OV看成2OV＝2δ，OV可以用下式表示SbO(t1,t2,D+)+SbO(t3,t4-(D+))=]]> 如果如上文所述的同時進行一對位置測量，那麼t1＝t2並且t3＝t4，這樣級誤差Δx級(t)被消除。為了量化重迭誤差，需要確定對於微小變化δ1和δ2SbO的變化有多麼迅速，即作為重迭誤差的函數。該靈敏度用具有位移D+d+δ的第三衍射光柵來測量，其中d為微小的已知偏差。假設是線性的，該狀況是在實際中觀測的重迭誤差的情形，對於微小位移SbO的靈敏度由下式給出dSbOdx=SbO(D+d+)-SbO(D+)d+3-1+]]> 如上文所指出的，級誤差可以再次被抵消。由相矛盾的要求確定d值一方面，d值必須足夠大以使得近似d+δ＝d成立並且使噪聲最小，但是，另一方面，d值必須足夠小以保證線性。典型地，d應當與可以被測量的最大重迭誤差同樣大小或比它稍微大一點，例如，d可以在幾百納米量級。也可以採用其它適合的值。重迭遵從第三衍射光柵的下述測量OV=-d2SbO(D)+SbO(-D)SbO(D)-SbO(D+d)]]>該測量可以用於多個級/波長對，儘管實際上僅採用最高靈敏度的級/波長對。
每個衍射光柵可以有幾十平方微米大小。圍繞每個衍射光柵有幾微米的隔絕區域。衍射光柵可以設置在鄰接小片角落的劃痕線中。可能需要在不至一個小片角落中進行計量測量。一種方式是通過在每個需要測量的角落設置三個衍射光柵來進行。或者，為減少衍射光柵的數量從而為其它元件釋放空間，在小片的一個角落設置第三衍射光柵並且在需要測量的其它角落僅設置單個衍射光柵(即每個角落一個衍射光柵)。採用單個衍射光柵的重迭測量用採用三個衍射光柵獲得的靈敏度測量來量化。其優點是小片的角落之間的測量靈敏度不會顯著地變化。
在所有檢測器形成一個檢測器平面的情況下(如圖3所示)，在檢測器平面內的信號強度是衍射光柵周期信號的傅立葉變換∑F(i，x，y)與光強函數I(x，y)之間的傅立葉變換的卷積C(i，x，y)(標記i表示不同級次)。光強函數I(x，y)為入射到衍射光柵的光束的光強分布Ip(x，y)與衍射光柵在該位置的存在函數E(x，y)的乘積(其中E(x，y)表示衍射光柵的空間範圍，即在衍射光柵處E(x，y)＝1，其它地方當E(x，y)＝0)I(x，y)＝Ip(x，y)E(x，y)一個給定的檢測器僅用來檢測在(xj，yj)處的一個特定的級次j。但是，卷積C(i，x，y)會導致不同級次i的一部分被那個檢測器檢測，從而將誤差引入級次j的信號檢測。數學上表示為C(i，x，y)≠0。可以通過這樣的考慮直觀地理解由於衍射光柵的有限長度，檢測器平面級次i的像有足夠的空間寬度，使其邊緣入射到預期的級次j的檢測器上。
如本領域技術人員所公知的，有許多已知的解決該問題的方案。一個例子是選擇光強分布Ip(x，y)，這樣，C(i，xj，yj)與C(j，xj，yj)相比沒有意義。另一個例子是選擇衍射光柵的周期，這樣，F(i，xj，yj)很小以至於C(i，xj，yj)與C(j，xj，yj)相比沒有意義。F(i，xj，yj)可以保持很小，不是因為級次i和j最大信號的位置之間的間隔很大，就是因為F(i，xj，yj)在(xj，yj)處具有局部最小。
對於本發明實施例，除會發生上文描述的情形外，還會發生下文描述的重迭信號的問題。上述解決方案可以用於這些實施例。
在本發明的不同實施例中，一對衍射光柵可以代替三個衍射光柵用於獲得重迭計量測量。這是有利的，因為它佔據更小的劃痕線區域。由於實現了靈敏度量化偏移量d與任意偏移量D、-D中的一個合併，減少到兩個衍射光柵是可能的。
概括地說，可以認為所檢測的級間位移是由衍射光柵之間的偏移量Δx和取決於衍射光柵的「深度」及它們的間隔(圖5中的「Z」)的比例因數k引起的。可以表示為SbO＝kΔx其中，偏移量是任意偏移量D和重迭誤差OV的組合Δx＝D+OV如果使用兩個光柵，那麼有兩個級間位移測量，提供有效信息以使兩個未知值k、OV被確定(任意偏移量D從衍射光柵設計中的掩模設計中可以知道)SbO1＝k(D+OV)SbO2＝k(D-OV)這等效於使靈敏度量化偏移量d等於(+D-2D)。重迭遵從兩個衍射光柵的測量OV=D2SbO2+SbO1SbO1-SbO2]]>上文的描述涉及本發明採用兩個具有相同周期的重迭衍射光柵形成的複合光柵的實施例。相同周期的抗蝕劑和生成物衍射光柵產生衍射光柵之間的強耦合。由於該耦合，級間位移不只是重迭的函數，而且還受衍射光柵垂直間隔(圖5中的z)、波長和衍射光柵形狀的影響。因此，需要依據在兩個或更多的複合衍射光柵校準。
在一個可選實施例中，用包括非耦合衍射光柵(嚴格地說，所有衍射光柵都被耦合到更大或更小的區域，術語「非耦合」意指耦合產生的信號的大小比每個衍射光柵單獨產生的信號小得多)的標記來測量級間位移。該可選實施例基於空間頻率復用，並且採用不同周期(P/N)和(P/M)的衍射光柵。P可以在幾十微米量級。選擇這些周期以與具有周期P/(1，2……7)的參考衍射光柵計量單元相適應。可以理解，可以使用任何其它適合的周期。測量的級間位移與重迭成正比，並因此不再需要用多個標記校準。重迭誤差使標記包括衍射光柵的不對稱，並且正是這種不對稱被採用級間位移測量(即衍射光柵位置的差異)。
另一個本發明的實施例是根據來自給定周期如P/6的衍射光柵的衍射將在具有相同周期的計量單元參考衍射光柵處被徹底地檢測的事實。來自不同周期如P/7的衍射光柵的衍射將在具有那個周期的計量單元參考衍射光柵處被徹底地檢測。也就是說，通過查看不同衍射級，分離地檢測生成物層和抗蝕劑層中的衍射光柵是可能的，即使它們一個覆蓋著另一個。測量位置的差異SbO直接表示衍射光柵的重迭。可以理解，本發明的該實施例可以用不同照明波長代替不同衍射級(只需來自不同衍射光柵的衍射被不同計量單元參考光柵徹底地檢測)。
在x方向運動的衍射光柵被在晶片上曝光和加工。結果，在此安裝衍射光柵是指在生成物層中。衍射光柵具有周期P/N，其中N為1、2……7中的一個。在晶片被曝光前，該衍射光柵用抗蝕劑膜層覆蓋。曝光前的反射場可以表示為E(x，y)＝[F+FN(x，y)]下標N表示周期P/N，F為反射場(所謂的0級)的平均復值。其它級次的復值振幅遵循傅立葉分解。然後抗蝕劑用周期為P/M的更高級次的衍射光柵曝光，其中M為1、2……7中的一個(M≠N)。在顯影后，抗蝕劑衍射光柵在生成物衍射光柵之上，如圖6所示。在圖6中，生成物衍射光柵周期為P/6(即N＝6)，抗蝕劑衍射光柵周期為P/7(即M＝7)。
抗蝕劑衍射光柵幹擾被生成物衍射光柵反射的場，這樣，不再是上文提到的簡單形式。假設生成物衍射光柵與抗蝕劑衍射光柵之間的重迭誤差X0、反射場可以表示為下式的形式E(x，y)＝[F+FN(x，y)]·[G+GM(x-x0，y)]＝FG+GFN(x，y)+FGM(x-x0，y)+FN(x，y)GM(x-x0，y)為了提供這些項的圖解說明，用周期分別為N和M的兩個透射衍射光柵F和G(為簡化說明，透射衍射光柵用於反射衍射光柵處)，這些項示於圖7中。
項F·G為由F和G透射的零級。
用於重迭計量的項為GFN(x，y)和FGM(x-x0，y)。項FN(x，y)GM(x-x0，y)包括被兩個衍射光柵衍射的級次，在該實施例中不用作計量。這些項每個分別僅被衍射光柵F和衍射光柵G中的一個衍射光柵衍射。生成物衍射光柵的位置由GFN(x，y)項測量，並且抗蝕劑衍射光柵的位置由FGM(x-x0，y)項測量，兩個測量位置之間的差異表示重迭誤差。換句話說，GFN(x，y)和FGM(x-x0，y)的SbO直接等於重迭。計量單元通過僅監視具有周期P/6的衍射光柵測量生成物衍射光柵的位置，然後，接下來通過只監視具有周期P/7的衍射光柵來測量抗蝕劑衍射光柵的位置。衍射光柵位置之間的差異表示抗蝕劑層和生成物層之間的重迭誤差。
本發明的另一個可選實施例可以被看作空間頻率復用的形式因為抗蝕劑和生成物衍射光柵具有不同的空間頻率，它們通過計量單元被分別測量。由於計量單元被設置為引導不同衍射級到不同的檢測器，如上文結合圖3所描述的，計量單元可以分別進行測量。
可以理解，可以使用具有除P/(N或M)外的周期的衍射光柵。可以使用符合附加條件N和M不相等、以及不同衍射級間的混合將不會導致具有相同頻率的合成信號(莫爾信號(Moire signal))作為被計量單元檢測的信號的任何適當的周期。例如，由於混合信號將與來自生成物衍射光柵的信號發生幹涉(這種情況可以工作，但會產生更差的精度)，不推薦N＝2，並且M＝4。
可以選擇將不會導致有問題的合成信號的周期耦合項FN(x，y)GM(x-x0，y)包括被兩個衍射光柵衍射的級次(如圖7中最下面的光束)。由於耦合項在測量頻率M和N處會產生空間頻率成分，希望將耦合項減到最小。例如，圖7中最下面的光束將在最上面的光束的測量中引入誤差，因為兩個光束具有相同的空間頻率。
選擇周期，使N和M沒有相同的除數(例如N＝6和M＝7)。這樣，第一合成信號返送到檢測級次M，並且第二合成信號返送到檢測級次N。再假設N＝6並且M＝7，n＝7並且m∈[-5，-7]返送到檢測級次M，m＝6並且n∈[-6，-8]返送到檢測級次N。由於m和n的值高，返送信號將非常微弱。
如果遵從上述規則，在多數情況下，由耦合項導致的返送信號將具有足夠低的振幅，使其不會將任何顯著的誤差引入重迭計量測量中。高頻項的振幅低的一個原因是由於晶片的加工，衍射光柵的形式與方波相比更接近於正弦波，從而抑制更高次諧波。
如果需要，在本發明的又一個可選實施例中，通過確保在生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵之間沒有空間重迭，衍射光柵之間的耦合可以減到最小，可以通過移置抗蝕劑衍射光柵使其位於生成物衍射光柵附近來實現，如圖8所示。所示抗蝕劑衍射光柵和生成物衍射光柵具有不同的周期。由於衍射光柵與第一近似沒有重迭，衍射光柵之間沒有耦合。每個衍射光柵在x方向的位置使用計量單元來確定，位置之間的差異表示重迭誤差。
與圖8中所示的衍射光柵設置相關聯的缺點是，如果晶片的x軸不精確地平行於計量單元的x軸，那麼，在計量測量期間衍射光柵的掃描將導致誤差。這是因為由於旋轉測量，計量單元一個衍射光柵沿x方向被移動，並且其它衍射光柵沿-x方向被移動。該誤差可以通過提供衍射光柵的位置已經被交換的第二對衍射光柵來消除。交換意為計量單元測量的誤差符號相反並且可以從測量中消除。
一種可選的解決旋轉導致的誤差的問題的途徑是，將抗蝕劑衍射光柵和生成物衍射光柵分割成無重迭的部分，如圖9所示。有利地，本發明該實施例還允許正交方向大的重迭誤差的檢測，如下文結合圖9和圖10所描述的。
參照圖9，生成物衍射光柵被分成三部分，並且抗蝕劑衍射光柵被分成兩部分。這些部分設置為使它們相互不重迭。生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵都是關於平分兩個衍射光柵的x方向的軸對稱的。這種設置消除了旋轉引起的誤差。
計量單元的測量方向，即在測量過程中晶片被掃描的方向，在圖9中用x表示(這是常規表示法)。生成物衍射光柵周期為P/7，抗蝕劑衍射光柵周期為P/6(P為10微米量級)。晶片平面中的方向正垂直於測量方向，在圖9中用y表示。將每個衍射光柵分成三個分離的部分，使生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵在y方向是周期的。它們具有相同的周期Q，但是它們相互有180度的相移，如圖9所示。由於生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵被空間地分離，它們之間實際上沒有耦合(會殘存小程度的剩餘耦合)。抗蝕劑衍射光柵的位置使用計量單元測量，並且生成物衍射光柵的位置使用計量單元單獨測量，位置之間的差異表示重迭誤差(如前所述，測量在x方向進行)。
採用如圖9中所示的二維衍射光柵具有避免旋轉導致的誤差的優點。它具有進一步優點允許由於對準誤差通常指孔徑誤差產生的y方向大的重迭誤差的檢測。在採用相位光柵對準標記時，用於提供對準的信號是正弦信號。假設在預對準操作中，對準標記被安置得與其預期位置足夠近，對準單元將看見正弦信號使其正確對準的峰值的部分。但是，如果預對準操作沒有正確地進行，對準單元會看見正弦信號鄰近峰值的部分。然後將出現對準鄰近峰值處，從而導致誤差。誤差的大小取決於正弦信號的鄰近峰值處的間隔，典型地，約10微米。該二維衍射光柵提供用於檢測由孔徑誤差(即約10微米的重迭誤差)引起的重迭誤差的裝置。
參照圖10a，在沒有孔徑誤差時，生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵被很好地分離。如果孔徑誤差在y方向，將產生如圖10b所示地衍射光柵重迭。衍射光柵的分離通過監視衍射光柵之間的耦合來檢測，即衍射信號的耦合項(前面結合圖7描述的)。耦合以可以被計量單元的檢測器檢測到的空間拍頻表示(頻率為|N-M|)。可以忽略的衍射光柵之間的低水平耦合示於圖10a中，由此表示沒有孔徑誤差產生。強耦合信號表示產生孔徑誤差。由於在孔徑誤差存在時產生衍射光柵重迭，周期Q必須適當地選擇。例如周期Q等於預期孔徑誤差的三分之一，如果產生孔徑誤差，將給出兩個衍射光柵的完全重迭。
圖9所示的衍射光柵包括單個生成物部分和兩個抗蝕劑部分。可以理解，可以採用不同的部分數，如果要避免旋轉導致的誤差，僅有的限制條件是兩個部分在x方向必須具有相同的對稱軸。也就是說最小的部分數是兩個生成物部分和一個抗蝕劑部分或者兩個抗蝕劑部分和一個生成物部分。
圖10中所示的二維衍射光柵提供簡單並且實用的孔徑誤差檢測。可以理解，可以選擇y方向的周期以提供其它大小的誤差的檢測。
在上面的描述中，注意到圖10a中所示的可以忽略的衍射光柵之間的低水平耦合。結合圖11解釋耦合不是零的原因，圖11是圖10中所示衍射光柵的橫截面視圖。從圖11中可以看出在生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵之間存在一個z方向的顯著間隔。這可能是因為在生成物衍射光柵上面有一氧化物層，或者是因為許多其它的生成物層位於生成物衍射光柵上。用來照明用於計量測量的衍射光柵的光將在抗蝕劑和生成物層之間有一點發散，如圖所示，從而引入衍射光柵之間的一些耦合。
如果想要避免圖10中所示的耦合，可以對抗蝕劑衍射光柵做簡單的改進。該改進如圖11所示，包括在x方向引入衍射光柵的交替位移Δx。採用這種衍射光柵配置時，移置的衍射光柵的第N級經歷的相移為 當ΔN＝π時，移置的衍射光柵的第N級在未移置衍射光柵的反相位，這樣，第N級將消失，從而消除耦合。該方法使高衍射級次被消除，這樣它們不會在計量單元的檢測器處引入測量誤差。該方法需要衍射光柵的照明是對稱的，在實際中是可以實現的。
如上面進一步描述的，晶片級的位置誤差Δ級通過使用計量單元進行測量被消除。但是，存在可以減小計量測量精度的第二誤差。第二誤差是指傳感器誤差ε(在本技術領域中，有時這是指工具誘發位移)。同時，Δ級是由晶片級不在應該佔據的精確位置導致的，傳感器誤差ε是由計量單元的光學系統不完美的事實導致的。計量單元的光學系統不完美意思是由計量單元的第一檢測器測量的衍射光柵的位置與計量單元的第二檢測器測量的衍射光柵的位置不完全相同，該光學系統稍微地移置了由衍射光柵產生的衍射圖案。
在依據兩個具有不同周期的衍射光柵(在上文已經描述)進行計量時，通過印製兩對衍射光柵，傳感器誤差ε在傳感器的SbO校準中可以被消除。第一對衍射光柵在抗蝕劑層中有第M級，並且在生成物層中有第N級。用這對衍射光柵測量的重迭為OV1＝SbOn，m+ε在第二對衍射光柵中，衍射光柵相互交換第N級在抗蝕劑層，並且第M級在生成物層。重迭為OV2＝-SbOn，m+ε實際的SbO(即重迭)由下式決定SbOn,m=OV1-OV22]]>該方法消除了計量單元校準中的傳感器誤差ε。
在依據兩個具有相同周期(在上文已經進一步描述)的衍射光柵進行計量時，通過印製兩對衍射光柵和單個的衍射光柵，傳感器誤差ε在傳感器的SbO校準中可以被消除。每對衍射光柵包括一個在生成物層的衍射光柵和一個在抗蝕劑層的衍射光柵。單個的衍射光柵在抗蝕劑層(可以理解，也可以在生成物層)。第二對衍射光柵包括在衍射光柵之間的x方向的任意位移D，第一對衍射光柵包括在x方向的任意位移-D。測量在級間SbO之間產生三個位移SbO1＝k(OV+D)+εSbO2＝k(OV-D)+εSbO3＝ε其中，OV為重迭，k為將級間位移與重迭聯繫起來的常數。第三測量直接產生傳感器誤差ε，因為如果沒有誤差，級間位移將為零(僅測量一個位置)。兩個仍舊未知的量k和OV可以用第一和第二測量確定，假設級間位移與重迭在測量值範圍內為線性關係。
在又一個本發明可選的實施例中，不對稱標記包括在生成物層的一個衍射光柵和由於重迭發生偏置的在抗蝕劑層的一個衍射光柵，如上文已經進一步描述過的，此外衍射光柵的柵線具有子結構。其中一個衍射光柵的子結構包括相位躍變。空間高頻和相位躍變的結合具有顯著地提高計量測量的靈敏度的作用。以這樣的方式使用子結構的優點為子結構可以被設置為具有比傳統衍射光柵更相似於器件特徵的尺寸和密度，這樣，重迭測量更精確地反映器件特徵的重迭。
參照圖13a，這是一個橫截面，第一衍射光柵100在晶片的生成物層中，並且第二衍射光柵100在晶片的抗蝕劑層中。示出每個衍射光柵的三個周期。兩個衍射光柵的周期均為P。
衍射光柵一個柵線的中心部分用虛線框表示，放大的細節示於圖13b中。從圖13b可以看出，每個衍射光柵具有衍射光柵子結構。生成物層衍射光柵100的子結構是連續的，反之，抗蝕劑層衍射光柵100的子結構包括一個180度的相位躍變(可以理解，相位躍變可以在生成物層衍射光柵，而不是在抗蝕劑層衍射光柵)。180度的相位躍變包括子結構的柵線103，該柵線具有子結構其它柵線兩倍的長度。180度的相位躍變的作用為相對於生成物層衍射光柵，抗蝕劑層衍射光柵的子結構的上升沿將成為抗蝕劑層衍射光柵的子結構的下降沿。在沒有重迭誤差時，生成物衍射光柵和抗蝕劑衍射光柵是關於對稱線s對稱的，如圖13b所示。
衍射光柵的子結構的周期g，示於圖13b中，選擇周期g使其接近光刻投射裝置的解析度極限值(典型地，在幾百納米量級)。可以理解，今後隨著光刻投射裝置解析度的改善，該數值將顯著地更小。子結構相對於發生衍射並且在生成物層與抗蝕劑層之間傳播的照明波長要足夠大。但是，子結構要足夠小，使得由子結構產生的衍射不能被計量單元的檢測器看見(例如因為該衍射相對於標準以非常大的角度衍射並且不被透鏡L1收集(參見圖3和圖4))。由於由子結構產生的衍射不是不發生，就是看不見，計量單元將該子結構有效地看作具有複數反射係數r的反射鏡。
複數反射係數r由抗蝕劑和生成物層子結構的相對位置決定。如果重迭很理想，那麼，圖13b的子結構左側的複數反射係數與圖13b的子結構右側的複數反射係數相同。這種情況示意性地示於圖14的中心區，圖14示出從子結構的每側反射的光緊靠子結構上方的振幅(在這裡緊靠子結構上方的區域是指近場)。如果產生負的重迭誤差，即抗蝕劑層被向右移置，那麼，左側子結構的複數反射係數將與右側子結構的複數反射係數不同。這種不對稱將表現為近場中振幅的差異，如圖14所示。
計量單元的檢測器，如圖3和圖4所示，位於離開衍射光柵一段距離處。在這裡檢測器的位置是指遠場，要使檢測器能夠檢測近場的傅立葉變換。如果近場的振幅(和相位)是對稱的，那麼，傅立葉變換也是對稱的，即檢測信號不包括位移。如果，另一方面，近場的振幅(和相位)是不對稱的，那麼，傅立葉變換也是不對稱的，並且具有由衍射級次(或波長)決定的不對稱。通過確定檢測器處對於不同衍射級(或波長)的位置測量之間的差異，可以確定抗蝕劑層和生成物層的重迭。檢測位移比重迭誤差大很多，也就是說使用計量單元可以檢測到非常小的重迭誤差。
由於遠場(即探測器)重可見的不對稱由複數反射係數產生，其符號將不總是與重迭誤差的符號相一致。
子結構的影響的數學表示如下在小重迭誤差的情況下，左半邊和右半邊的反射係數將依照下式不同地變化r左＝r0+Δr1(x)r右＝r0-Δr1(x)左右不對稱的結構將產生可測量的級間位移。複數反射變化是具有子結構周期的周期性的，其周期為微米的幾分之一。也就是說，比子結構大的重迭誤差將被計量單元錯誤地測量。
子結構使用兩對衍射光柵和一個單個的衍射光柵被校準，以如上文所描述的相同方法確定下述值SbO1＝k(OV+D)+εSbO2＝k(OV-D)+εSbO3＝ε校準將提供重迭誤差的符號。
在某些情況下，優選使用更少的衍射光柵來校準子結構。一種方法是通過重建生成物衍射光柵100和抗蝕劑衍射光柵101的子結構的形狀，確定聯繫級間位移和重迭的常數k(k取決於子結構)。重建分兩部分進行。第一部分，在抗蝕劑層衍射光柵沒有成像到抗蝕劑上之前測量生成物層衍射光柵。該測量使用圖3和圖4所示計量單元進行，或者，可選地使用下文結合附圖23所描述的計量單元進行。該測量對多個波長進行(為此，附加波長通道可以被加到圖3和圖4所示計量單元中)。測量的結果被用於採用已知的「反轉掃描」技術重建生成物層衍射光柵子結構的形狀。目前反轉掃描技術應用於臨界尺寸散射法中。合適的反轉掃描技術在US6,563,594和US6,559,924中描述。
重建的第二部分為重建抗蝕劑層衍射光柵子結構的形狀。使用上文提及的計量單元的一種對抗蝕劑層衍射光柵進行多波長測量，結果被用於採用反轉掃描技術重建抗蝕劑層衍射光柵子結構的形狀。抗蝕劑層衍射光柵和生成物層衍射光柵之間的重迭將具有對重建可以忽略的影響，使重建穩固。如果發現重迭引入無法接收的誤差，那麼，第二抗蝕劑衍射光柵(具有同樣的子結構)可以被成像到第一抗蝕劑層衍射光柵附近。該衍射光柵的子結構可以被不引入重迭誤差地重建。一個可選的確定子結構的方法是使用分離測量，例如使用原子力顯微鏡。
一旦生成物層衍射光柵和抗蝕劑層衍射光柵完成重建，它們被用於與層分離的知識一起計算常數k。計算可以使用已知的電磁解算程序進行，例如G-解算程序(G-Solver)或Tempest。一旦k被確定，重迭可以用級間位移計算。以校準方法為基礎的重建的優點是該方法與上文詳細描述的校準方法需要更少的衍射光柵，從而為其它結構留出更大的空間。校準方法的又一個優點是，因為重建了衍射光柵的子結構，產生了臨界尺寸的直接測量。
本發明的又一個可選實施例中，標記提供不對稱，標記包括一個單個的衍射光柵，每個衍射光柵方位掩模(圖1中的MA)上具有一個λ/4光程的梯度，例如圖15中所示。參照圖15，示出了掩模111上的衍射光柵110的三個柵線。衍射光柵的第一柵線110a具有子結構，每個子結構包括不可透射部分112，和第一和第二可透射部分113、114。梯度115位於第一可透射部分113與第二可透射部分114之間。梯度設置為使通過第一部分113的光的光程比通過第二部分114的光的光程長λ/4。
衍射光柵的第二柵線110b具有子結構，每個子結構包括不可透射部分116，和被梯度119分開的第一和第二可透射部分117、118。該梯度與衍射光柵的第一柵線110a的梯度115相比相位相反。也就是說，通過第一部分117的的光的光程比通過第二部分118的光的光程短λ/4。
後續的衍射光柵的柵線為相同子結構以圖案交替方式構成。
λ/4梯度的作用是，如果衍射光柵沒有正確聚焦，在晶片表面，每條衍射光柵的柵線被移動(該作用在US2002/0021434中描述，在此作為參考引入)。該位移取決於梯度的方向。也就是說，作為離焦的結果，衍射光柵的相鄰柵線沿相反方向移動。
晶片上子結構的作用示意性地示於圖16中。為簡化說明，圖16的衍射光柵的尺寸與圖15的衍射光柵的尺寸一致；但是，實際上圖16的衍射光柵的尺寸將為圖15的衍射光柵的尺寸的四分之一。衍射光柵具有10微米量級的周期P。衍射光柵包括通過具有λ/4正相移的掩模成像的柵線121，或者包括通過具有λ/4負相移的掩模成像的柵線120。在圖16所示的例子中，離焦將導致柵線120向右移動，相反地，在每一側的柵線121向左移動。
掩模111上的子結構被作為衍射光柵的柵線120、121上的子結構成像。但是，該子結構僅產生零級衍射，並且由此第一級可以被近似，該子結構的表現仿佛是具有複數反射係數的平坦表面。
不對稱由計量單元通過比較不同衍射級和/或不同波長由離焦引起的位移來測量(如前面提到的，為簡化術語，該位移是指級間位移或SbO)。無離焦時，由子結構引起的位移為零，並且衍射光柵完全對稱，給出零級間位移(SbO)。但是，離焦引入不對稱，柵線120和121被沿相反方向移置一個距離Δx。該不對稱表現為可以用計量單元測量的級間位移，如下文所描述的。
焦距計量的靈敏度可以用衍射光柵的柵線120和121來調整，分別用W1、W2表示。在信號強度受損害的情況下，可以使靈敏度非常大。寬度W1、W2可以表示為平均部分和差異部分的組合W1＝W+ΔWW2＝W-ΔW圖17示出對於第一和第三級，計算靈敏度(即測量的位移和真實的位移的比例)作為ΔW的函數。
對於小的ΔW值，測量的級間位移非常大。此外，第一和第三級沿相反方向移動，進一步增加了級間位移。對於ΔW＝4(任意單元)兩級的靈敏度都變為1，並且由此級間位移變為零。這並不奇怪，因為該情況相應於柵線121消失的情形，這樣，整個衍射光柵保持對稱，沒有離焦。
乍一看似乎要選擇小的ΔW值。但是，有一筆帳要算隨著ΔW的減小檢測信號的強度減小。圖18示出歸一化的檢測信號強度作為第一和第三衍射級的ΔW的函數。這裡，信號強度已經被歸一化。同時，當信號強度變得非常小時，刻線刻劃誤差和表面粗糙度誤差會制約精度。可以直觀地理解對於小的ΔW值信號強度快速減小的事實，因為當ΔW小時，衍射光柵開始表現為具有周期P/2而不是周期P的衍射光柵(計量單元被設置為檢測來自周期為P的光柵的衍射)。但是，某種程度上可以通過採用計量單元使用的相位衍射光柵的大動態範圍來補償，例如，如果假設信號損失因數10是可以接受的(歸一化信號強度＝0.1)。
可以理解，無需衍射光柵的每個周期都設置上述子結構。只需足夠數量的子結構以使被測量的級間位移具有所需精度。
對於第一級，級間位移對級漂移和級震動不敏感，這樣，該方法特別適用於低質量掃描級。
在本發明的又一個實施例中，標記具有對在晶片上曝光的圖案的臨界尺寸(CD)敏感(臨界尺寸是指在晶片上曝光的圖案的解析度)的不對稱。該不對稱採用依據包括三個不同區域的計量標記的方法來測量，如圖19所示。這些區域為未曝光區域150、具有子結構的區域151和曝光區域152(即間隔凹進處)。三個區域共同形成周期為4P的不對稱相位衍射光柵154的一個周期(其中，P為微米量級)。子結構151具有可以與光刻投射裝置的極限解析度相比擬的周期；既然這樣，為簡化說明設為P/5。未曝光區域150和曝光區域152寬度都為P，而子結構區域151寬度為2P。
再次參照圖19，衍射光柵是不對稱的。此外，衍射光柵的不對稱變為CD的函數。該不對稱被圖3和圖4的計量單元作為級間位移(如前面所討論的，級間位移可以是不同衍射級之間和/或不同波長之間的位移)精確地檢測，從而提供CD測量。
參照圖19，可以直觀地理解CD變化的作用。如果CD被提高到例如P/12.5(ΔCD＝-P/50)，那麼，子結構151的每條柵線的寬度將很窄。這將導致衍射光柵的「重心」(即當由計量單元測量時衍射光柵的中心)移到左邊。換句話說，子結構衍射較少的光至檢測器，而被柵線150衍射的光的數量不變，這樣，衍射光的光強中心朝柵線150移動(即向左移動)。衍射光柵154重心移動量由衍射級和來自衍射光柵154的衍射光的波長決定。也就是說，對於不同級(或波長)的相對運動的校準進行後，通過查看級(或波長)間位移可以獲得CD的測量。
一個直觀例子的極端情況示於圖20中。參照圖20a，CD為零(ΔCD＝-P/10)將導致不存在子結構，這樣，將衍射光柵150的中心線作為衍射光柵154的重心被測量。圖20b示出相反的極端。CD為P/5(ΔCD＝+P/10)將導致子結構151合併，將柵線150的起始端與合併的子結構區域150的末端之間的中點作為衍射光柵154的重心被測量。這樣，CD為P/5的變化將被計量單元視作位移P。
應當注意，圖19和圖20中示出的衍射光柵154的設置只是一個例子。實際上，很多不同的設置都是可以的，這對於本領域讀者來說顯而易見。子結構引入不對稱的符號取決於是使用正抗蝕劑還是使用負抗蝕劑。示於圖20中的例子使用正抗蝕劑。
在本發明的又一個實施例中，級間位移被用來測量對在圖案已經成像的晶片上加工的影響敏感的不對稱。該方法依靠清除加工對標記部分的影響，示於圖21中。包括兩個衍射光柵180、181的標記被曝光在晶片的抗蝕劑層(標記是從圖21上方看)。第一衍射光柵具有第一周期(P/N)，並且第二衍射光柵具有第二周期(P/M)。晶片以常規方式加工。接下來，加工被從第二衍射光柵清除。這是通過將抗蝕劑應用於晶片來完成的，曝光第二衍射光柵區域，顯影並刻蝕該區域，並且剝離抗蝕劑。標記於是包括加工過的第一衍射光柵180a和加工的影響已經去除的第二衍射光柵181a。第一和第二衍射光柵的相對位置180a、181a用上文結合圖7和圖8描述的級間位移方法來測量。該方法給出加工對經過加工的衍射光柵所具有的影響的測量，並且被用於依據其它加工過的衍射光柵進行校正校準。
本發明的該實施例可以承受成像誤差，或者由不同檢測級(或顏色)產生的不同位置測量誤差。為了校正誤差，可以曝光一個附加標記，如圖22所示。左邊的標記包括衍射光柵180a、181a，相應於圖21中的衍射光柵。右邊的標記採用與用於左邊標記曝光的掩模(這可以避免產生掩模誤差)相同的掩模曝光(參見圖1)。但是，右邊的標記中，兩個衍射光柵180b、181b都已經經過加工效果的清除。右邊的標記被用於提供用來校正用左邊的標記進行測量的誤差的級間測量位移。
一種可選的用於測量不對稱，從而得到臨界尺寸或其它特性的計量單元示於圖23中。寬帶相干光源200(即寬帶雷射)產生穿過45度角反射鏡201的開口的準直光束，並且被透鏡202聚焦到衍射光柵203(衍射光柵為圖19和圖20所示類型)。由衍射光柵203衍射的衍射光被透鏡202準直，被45度角反射鏡反射，並且被第二透鏡204聚焦到一組掃描透射參考衍射光柵205。通過透射參考衍射光柵205的光被第三透鏡206準直到分光衍射光柵207。分光衍射光柵207根據光波長以確定的角度衍射入射光。被衍射的光被第四透鏡208聚焦到檢測器陣列209上。在優選實施例中，如圖所示，計量單元還包括常規反射計部件210和偏振器211，用於控制傳送到衍射光柵203的光的線性偏振。常規反射計部件210為本領域所公知的，因此在此不再描述。被衍射光柵203散射的光的0級向後反射並且傳送到標準反射計部件。該光以與常見反射計相類似的方式被檢測和處理。
從圖23中可以看出，三個掃描透射衍射光柵205一個緊挨另一個。這樣使得檢測器陣列209可以測量不同衍射級。
本發明上述實施例可以單獨或者組合使用。此外，給出的標記可以用於對準，並且接下來用於計量。下面結合圖24-26的描述包括這種方法的示例參照圖24，晶片加工層中的標記包括具有第一周期(P/N)的衍射光柵250，該衍射光柵250設置成被圖3和圖4所示計量單元的一個特定檢測器(或者如果使用不至一個波長，為多個特定檢測器)優先檢測。對準單元測量用於確定在晶片上後續層成像的對準位置的衍射光柵的位置。對準單元可以包括與計量單元相同的裝置，如圖3和圖4所示，用來檢測信號的方式不同(術語對準單元和計量單元在這部分描述中可以互換)。
後續的成像層包括兩個在第一衍射光柵兩邊的具有第二周期(P/M)的衍射光柵251。相比用來檢測第一衍射光柵，第二衍射光柵設置為最好被不同的特定檢測器所檢測(或多個檢測器)。三個衍射光柵250、251組合形成不對稱標記(假設重迭不理想)，該標記用於測量如上述結合圖7-12描述的重迭。
接下來加工具有第二衍射光柵的層，第二衍射光柵可用於確定晶片上下一層成像的對準位置。
第二衍射光柵251可選擇地附帶有位於第一衍射光柵附近的附加衍射光柵252。該附加衍射光柵具有周期(P/N)，並且可以用於確定晶片上下一層成像的對準位置。如果下一層包括具有適當周期放置在適當位置的衍射光柵253，該附加衍射光柵還可以用於以與上述方式相類似的方法測量重迭。
本發明可以用於提供由使用圖25中所示類型的標記加工引起的不對稱的測量。參照圖25，標記包括夾在包括具有更長的第二周期(P/M)的衍射光柵256的第二部分之間的包括具有第一周期(P/N)的衍射光柵255的中心部分(標記從上面看)。該標記允許對於不同光柵周期的級間位移的測量，反過來，允許加工引起的不對稱的測量。整個靶部的一層被成像和加工(即衍射光柵不在不同層中)。長周期(P/M)比短周期(P/N)受不對稱加工影響更多。級間位移與加工的不對稱之間的關係可以用加工中具有不同對稱性的晶片預先校準，並且存儲以量化特定級間位移產生的不對稱。靶部可以包括用於提高精度使不對稱被量化的附加衍射光柵，例如通過產生可以與存儲的校準數據相比較的若干級間位移測量。
結合圖25描述的實施例可以與結合圖24描述的實施例組合，如圖26所示。在該實施例中，第一靶部包括夾在包括具有更長的第二周期(P/M)的衍射光柵261的第二部分之間的由具有第一周期(P/N)的衍射光柵260組成的中心部分。衍射光柵260、261位於加工層，並且可以用於測量上述加工不對稱。還是在該加工層，具有第一周期(P/N)的附加衍射光柵262緊挨第一靶部設置。衍射光柵隨後被成像到抗蝕劑層。第二周期(P/M)的衍射光柵263位於附加加工層衍射光柵262的兩邊。這些共同形成用於採用上述級間位移測量重迭的靶部(該靶部是指重迭靶部)。第三靶部包括夾在包括具有第二周期(P/M)的衍射光柵265的第二部分之間的包括由第一周期(P/N)的衍射光柵264組成的中心部分，同樣被成像到抗蝕劑層。第三靶部可以用於校正傳感器誤差(參見上文)。
可以理解，本發明上述實施例的其它組合可用於獲得所需計量測量和/或計量及對準測量的組合。
本發明上述重迭計量的實施例是按照用計量單元測量的不對稱的標記來描述的。典型地，在晶片上顯影和烘烤抗蝕劑後使用計量單元(圖2中的S8)，計量單元在距離光刻投射裝置一段距離處設置(晶片可以通過傳送帶如軌道從光刻投射裝置運送到計量單元)。但是，可以理解，本發明可以用於獲得在光刻加工循環的其它階段進行重迭計量測量，並且計量單元可以具有可選擇的位置。例如，計量單元可以位於光刻投射單元內並用於獲得計量測量，如兩個先前加工的生成物層，或一個生成物層和一個具有隱藏像的抗蝕劑層的重迭測量(同樣的計量單元可以用於測量對準)。
為了獲得兩個先前加工生成物層的計量測量，即在刻蝕和/或加工之後，例如帶有衍射光柵的兩層具有某種不對稱形式(不對稱可以上述任何形式)。用常規的方法將一層抗蝕劑塗覆到晶片上，使新的一層曝光，並且晶片傳送到光刻投射裝置。在新的層曝光之前，計量單元用於採用一種或多種上述方法，通過衍射光柵中存在的不對稱獲得計量測量。可以理解，計量測量可以在曝光後獲得。方便地，計量單元包括還可以用於獲得後續曝光的對準信息的單元(即無需分離計量和對準單元)。可以理解，通過具有適當不對稱的衍射光柵的比較，可以獲得多個生成物層的重迭計量測量。總的來說，在層n+1曝光之前，可以測量在先前的層n，n-1(或n-2、……n-m)中曝光的標記，使得可以進行層n和n-1(或n-2、……n-m及它們的組合)之間的重迭計量。
方便地，重迭計量測量可以在為曝光而對準晶片的過程中獲得，即當對準單元位於用於對準的給定的對準衍射光柵上方時，可以單獨地根據為提供對準的衍射光柵獲得第一測量，並且根據位於對準衍射光柵上面或下面的層中的衍射光柵獲得第二測量(或者根據兩個衍射光柵的組合)，第二測量用於提供重迭計量測量。在使用多級光刻投射裝置時(即晶片在曝光之前在分離的級中被繪製，如EP1037117中所描述的)，可以沒有任何生產率減少地進行重迭計量測量。
以該方式採用這種方法是有利的，因為它可以使對每個晶片的重迭計量測量可以進行，從而將非生產晶片或小片不被檢測的可能性減到最小。該方法與僅對一個代表性的晶片樣品進行計量測量的常規裝置相比是有利的。提供的重迭計量數據可用於提供應用於對於給定抗蝕劑層n的一批後續晶片的校正預算(反饋)。另外，在加工步驟是可比較的情況下，計量數據可用於提供應用於後續層的校正預算(前饋)。
本發明實施的重迭計量可以對隱藏圖象進行。隱藏圖象可以是已經在抗蝕劑中曝光的圖象，即沒有曝光後烘烤。但是，在某些情況下，溶解這種圖象是不可能的，此時使用曝光後烘烤。
除重迭計量外，如上所述，本發明可以用於提供焦點計量、臨界尺寸計量和其它計量。此時，可以對加工層中的標記或抗蝕劑層中的標記進行測量。計量測量可以對曝光後烘烤前或後的隱藏圖象進行進行。計量單元可位於任何上面提到的位置。
無需使用衍射光柵即可獲得衍射為本領域所公知的。衍射可以通過引導光照到適當大小的單個特徵(典型地，該特徵為光照波長量級)或者其它適當大小的標記。所描述的本發明實施例優選採用衍射光柵，因為衍射光柵提供強衍射信號。但是，可以理解，本發明可以使用非衍射光柵的標記來實施。例如，結合圖5描述的本發明實施例。所示標記包括四個生成物衍射光柵柵線和四個抗蝕劑衍射光柵柵線。如果從標記中除去每個衍射光柵的三個柵線，那麼標記包括一個位於生成物層單個柵線上面的抗蝕劑層單個柵線。被引導到標記處的光將被標記衍射。不同衍射級和/或波長將被計量單元檢測。對於不同衍射級和/或波長測量的標記位置的差異可用於以上面詳述的方式測量重迭。
可以理解，聯繫衍射光柵所描述的本發明的其它實施例也可以採用單個特徵或其它適當大小的標記來實施。
為使本發明正確發揮作用所必需的是包括某種程度不對稱的標記。如果標記是完全對稱的，那麼，將無法依照本發明提供計量。下面為需要不對稱的原因的數學解釋把一個獨立的特徵看作是關於位置x0對稱的，並且被關於x0對稱的光束照明。由於對稱的原因，這種設置產生的近場必然也表現出同樣類型的關於x0對稱Ee(nf)(x-x0;)=Ee(nf)(-x-x0;)]]>在此，近場對波長λ的依賴明顯地表示出來。為了簡化，只考慮一維(x)，但是擴展到二維，很容易做到。上面定義的場的傳播遵從同質媒介的波動方程。距離散射標記非常遠的場分布被稱作遠場。該遠場是近場的傅立葉變換示於各種有關這一主題的課本中(例如，J.W.Goodman；傅立葉光學入門(Introduction toFourier Optics)，McGraw-Hill)。還是因為對稱，該遠場必然保持對稱Ee(θ；λ，x0)＝Ee(-θ；λ，x0) |Ee(θ；λ，0)|exp[je(θ；λ)]exp[-jkx0]＝|Ee(-θ；λ，0)|exp[je(-θ；λ)]exp[jkx0]其中，下標『e』表示遠場角θ和被稱作空間角頻率的k＝2πsin(θ)/λ的偶函數。上式中的第二個表達式只不過使用了傅立葉變換法則空域中的位移導致頻域中的線性相移。換句話說，對稱標記總是具有遠場對稱振幅。另外，遠場的相位e也是對稱的，並且只有反對稱組件存在由標記移動引入的線性相移。
注意這種處理對於衍射光柵和分離的目標是有效的。它基本上是光學對準傳感器概念的數學公式。主要地，現有的光學對準傳感器比較被選擇的負空間頻率範圍[-k1，…-k2]與相應的正空間頻率範圍[k2，…k1]之間的相位差。該相位差只是x0的函數，並且不依賴偶相位差e。該測量適於對準，但不提供計量測量。
本發明的實施例依賴於計量單元對於不同級次/顏色測量不對稱的衍射光柵的表觀位置。這些實施例的共同的要素為衍射光柵的不對稱是需要被測量的計量參數(重迭、CD、透鏡象差……)的(非線性)函數。
不對稱標記在位置x0產生的近場通常也是不對稱的。數學上，我們通常將該近場分解為對稱(＝偶)和不對稱(＝奇)組件E(nf)(x-x0;)=Ee(nf)(-x-x0;)+E0(nf)(-x-x0;)]]>
在此，下標『e』和『o』分別表示具有如下特性偶和奇複數函數gr(x)＝gr(-x)fo(x)＝fo(-x)傅立葉變換該近場，並且利用傅立葉變換的線性，導致遠場也由對稱(＝偶)和不對稱(＝奇)兩部分組成E(θ；λ，x0)＝Ee(θ；λ，x0)+Eo(-θ；λ，x0) E(θ；λ，0)＝{|Ee(θ；λ，0)|exp[je(θ；λ)]+|Eo(θ；λ，0)|exp[jo(θ；λ)]}exp[jkx0]根據上面提到的奇複合函數的特性，相位和振幅項遵從|Ee，o(θ；λ，0)|＝|Ee，o(-θ；λ，0)|e(θ；λ)＝e(-θ；λ)o(θ；λ)＝o(-θ；λ)+π在進行實際說明而不是抽象分析之前，值得強調該分析對任何標記都有效。此外，偶和奇相位項e和o為空間頻率(＝遠場角θ)及波長λ(即項之間的差異將通過測量級間位移獲得)的函數。
圖27示出當x0＝0(即目標在其定義的位置)的情況的圖解說明。在這種情況下，在兩個遠場角θ和-θ處的衍射場對稱部分的複合振幅相等，但依賴於所選擇的角度和波長。不對稱複合場也示於圖27中，並且不對稱複合場相對於偶部分的振幅和相位α也依賴於遠場角和波長。
計量單元不能區別遠場的對稱和不對稱部分，只能測量全部場，也就是示於圖27中的偶和奇場的矢量總和。總的來說，計量單元測量反射空間頻率(或等價地遠場角)之間的相位差ψ(見圖27)。矢量構成清楚地示出該矢量依賴於光譜地偶和奇部分地振幅和相對相位。通常，標記不對稱的變化將改變遠場的偶和奇部分。該變化是波長/遠場角依賴的，導致可測量的位置xm(k,)=x0+(k,)21k]]>
在此，下標『m』表示與『測量』位置有關，由兩項組成「真實」位置x0和不對稱偏移。真實位置不依賴于波長和空間頻率，這樣，我們可以通過對於兩種不同顏色和/或空間頻率(在使用衍射光柵時為「衍射級」)進行位置測量來消除該未知項x(k1,k2,1,2)=(k1,1)2k1-(k2,2)2k2]]>注意到矢量構造顯示也可以使用對比度(即振幅差)。但是，這不是優選的，因為不對稱作用通常非常小，導致對比度僅稍微偏離整體。
權利要求
1.一種器件檢驗的方法，該方法包括在器件上提供一個被檢驗的不對稱標記，該標記的不對稱形式由被檢驗的參數決定，引導光至標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第一位置測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第二位置測量，比較所測量的第一與第二位置以確定表示標記不對稱程度的位移。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，第一和第二位置測量包括具有不同衍射角但波長相同的衍射光的檢測。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，第一和第二位置測量包括具有相同衍射角但波長不同的衍射光的檢測。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於，第一和第二位置測量包括具有不同衍射角及不同波長的衍射光的檢測。
5.根據前面任何一項權利要求的方法，其特徵在於，第一和第二位置測量同時進行。
6.根據前面任何一項權利要求的方法，其特徵在於，標記包括一個或多個衍射光柵。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於，所述一個或多個衍射光柵是相位衍射光柵。
8.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於，標記包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有相同的周期，並且一個覆蓋另一個，這樣光被兩個衍射光柵的組合衍射，所測量的衍射光柵之間的不對稱表示第一和第二層的重迭。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，第一衍射光柵的柵線比第二衍射光柵的柵線窄。
10.根據權利要求8或9的方法，其特徵在於，位移用於確定第一和第二層的重迭。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於，通過利用分別設置在第一和第二層中的第三和第四衍射光柵校準重迭，第三和第四衍射光柵鄰接第一和第二衍射光柵設置。
12.根據權利要求11的方法，其特徵在於，在第一和第二衍射光柵之間存在第一符號的重迭偏移，並且在第三和第四衍射光柵之間存在相反符號的重迭偏移。
13.根據權利要求12的方法，其特徵在於，偏移量為最大所需重迭測量的數量級。
14.根據權利要求13的方法，其特徵在於，偏移量為100nm數量級。
15.根據權利要求11～14中任何一項權利要求的方法，其特徵在於，重迭校準利用在器件上其它位置的附加的衍射光柵，校準所獲得的重迭測量。
16.根據權利要求11～15中任何一項權利要求的方法，其特徵在於，除第一、第二、第三和第四衍射光柵之外，第五和第六衍射光柵分別設置在第一和第二層中，具有不同偏移的第五和第六衍射光柵用於提高重迭測量的校準精度。
17.根據權利要求11～16中任何一項權利要求的方法，其特徵在於，一個附加的衍射光柵在第一層或第二層中鄰接其它衍射光柵設置，該方法還包括測量所述附加的衍射光柵的位移以確定所測量的位移的傳感器誤差。
18.根據權利要求8～17中任何一項權利要求的方法，其特徵在於，第一和第二衍射光柵設置有子結構，其中一個衍射光柵的子結構包括相位躍變，這樣，衍射光產生的不對稱作為子結構的相對位置的函數，所測量的不對稱表示第一和第二層的重迭。
19.根據權利要求18的方法，其特徵在於，子結構的特徵大小為用於將衍射光柵投射到器件上的光刻投射裝置的極限解析度的數量級。
20.根據權利要求18或19的方法，其特徵在於，子結構的特徵大小相對於被引導到衍射光柵的光的波長要足夠大，使得來自子結構的衍射發生並且在第一層和第二層之間傳播，但是，子結構的特徵大小要足夠小，使得來自子結構的衍射在測量中不被檢測。
21.根據權利要求18～20中任何一項的方法，其特徵在於，第一和第二衍射光柵設置為具有第一符號的重迭偏移，並且具有相同子結構的第三和第四衍射光柵設置為具有相反符號的重迭偏移，所述偏移用於校準重迭測量。
22.根據權利要求21的方法，其特徵在於，一個附加衍射光柵在第一層或第二層中鄰接其它衍射光柵設置，該方法還包括測量所述附加衍射光柵的位移以確定所測量的位移的傳感器誤差。
23.根據權利要求18～20中任何一項的方法，其特徵在於，子結構的測量用於重建子結構的形狀，從而把測量位移與重迭聯繫起來。
24.根據權利要求6的方法，其特徵在於，標記包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有不同的周期，選擇各自的周期以在不同衍射級或波長引起強衍射，標記的不對稱依賴於第一和第二層的重迭，測量包括通過測量一個衍射級或波長來測量第一衍射光柵的位置，以及通過測量另一個衍射級或波長來測量第二衍射光柵的位置，所測量的位置之間的位移表示標記的不對稱和第一與第二層的重迭。
25.根據權利要求24的方法，其特徵在於，選擇第一和第二衍射光柵的周期使得被兩個衍射光柵衍射的光不會產生具有與所測量的衍射級頻率相同的強合成信號。
26.根據權利要求24或25的方法，其特徵在於，第一和第二衍射光柵一個覆蓋另一個。
27.根據權利要求24或25的方法，其特徵在於，第一和第二衍射光柵被空間地分離。
28.根據權利要求27的方法，其特徵在於，第一衍射光柵位於第二衍射光柵旁邊，如同一個衍射光柵對。
29.根據權利要求28的方法，其特徵在於，通過提供第二衍射光柵對避免旋轉誤差，第二衍射光柵對包括具有與第二衍射光柵相同周期的第三衍射光柵和具有與第一衍射光柵相同周期的第四衍射光柵，第二衍射光柵對相對於第一衍射光柵對沿橫向於衍射光柵柵線的方向側向放置。
30.根據權利要求29的方法，其特徵在於，一個衍射光柵被分成位於其它衍射光柵兩邊的兩行，沿橫向於衍射光柵柵線方向的軸分割。
31.根據權利要求30的方法，其特徵在於，第一衍射光柵和第二衍射光柵都被分成兩個或更多個交互的行。
32.根據權利要求31的方法，其特徵在於，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有共同的對稱軸，該對稱軸位於橫向於衍射光柵柵線的方向。
33.根據權利要求31或32的方法，其特徵在於，行被設置為形成具有由行間隔限定的周期的衍射光柵。
34.根據權利要求33的方法，其特徵在於，該方法還包括由第一衍射光柵的衍射光與第二衍射光柵的衍射光之間的耦合引起的拍頻的強度監視，以提供在平行於由行間隔限定的周期。
35.根據權利要求34的方法，其特徵在於，選擇行間隔使得由於孔徑誤差產生的重迭誤差將引起強耦合方向重迭。
36.根據權利要求30～32中任何一項的方法，其特徵在於，偏移被相對於其它衍射光柵引入衍射光柵的其中一個，選擇偏移的大小以使第一衍射光柵的衍射光與第二衍射光柵的衍射光之間的耦合最小。
37.根據權利要求24～36中任何一項的方法，其特徵在於，該方法還包括通過在第一器件層中設置與第二衍射光柵周期相同的第三衍射光柵和在第二器件層中設置與第一衍射光柵周期相同的第四衍射光柵來確定傳感器誤差，該傳感器誤差通過比較所測量的第一和第二衍射光柵以及第三和第四衍射光柵的位移來消除。
38.根據權利要求6的方法，其特徵在於，標記包括設置為測量光刻投射裝置的聚焦精度的一個衍射光柵，該方法包括在光刻投射裝置的掩模上提供一個具有子結構的衍射光柵，該子結構包括一個光程梯度，該梯度具有相鄰衍射光柵柵線相反的符號，選擇梯度使得在用光刻投射裝置將衍射光柵投射到器件上的過程中，焦距誤差將使所投射的衍射光柵被移動，所投射的衍射光柵的相鄰柵線沿相反方向移動，引起通過位移來測量的不對稱。
39.根據權利要求38的方法，其特徵在於，光程梯度引入基本上為四分之一波長的相位差，用於將衍射光柵投射到器件上。
40.根據權利要求38或39的方法，其特徵在於，衍射光柵相鄰柵線的相對寬度選擇為不同的，這樣，所投射的衍射光柵的不對稱足夠大以被通過位移測量。
41.根據權利要求6的方法，其特徵在於，標記包括設置為測量光刻投射裝置的臨界尺寸的衍射光柵，該方法包括在器件上提供一個具有子結構的衍射光柵，該子結構的周期或者其數量級為光刻投射裝置的極限解析度，子結構設置成衍射光柵柵線的延伸，從而補償衍射光柵的不對稱，臨界尺寸的變化改善了子結構的有效反射率，從而改善了衍射光柵的不對稱，改善的不對稱通過位移測量。
42.根據權利要求6的方法，其特徵在於，標記包括第一衍射光柵和鄰接的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有不同的周期，選擇各自的周期以在不同衍射級引起強衍射，這樣，通過測量一個衍射級提供第一衍射光柵的位置測量並且通過測量其它衍射級提供第二衍射光柵的位置測量，該方法包括加工第一和第二衍射光柵使得包括不對稱的標記從加工中產生，並且測量第一和第二位置之間的位移以確定在標記上加工的效果。
43.根據權利要求42的方法，其特徵在於，通過將該位移與先前對於已知的加工不對稱所測量的位移的比較來量化加工效果。
44.根據權利要求42或43的方法，其特徵在於，在第一和第二衍射光柵的位置測量之前，從第二衍射光柵清除加工。
45.根據權利要求44的方法，其特徵在於，標記還包括具有分別相應於第一和第二衍射光柵的周期的第三和第四衍射光柵，該方法還包括加工第三和第四衍射光柵並且從第三和第四衍射光柵清除加工，測量第三和第四衍射光柵的位置以確定所測量的位置之間的位移。並且使用所確定的位移在第一和第二衍射光柵的位移測量中校正誤差。
46.根據權利要求24～37中任何一項的方法，其特徵在於，第一和第二衍射光柵用於採用權利要求42～45中任何一項的方法測量加工不對稱。
47.根據權利要求24～37中任何一項的方法，其特徵在於，在重迭測量之前，第一衍射光柵用於確定用於將包括第二衍射光柵的圖象投射到器件上的對準位置。
48.根據權利要求47的方法，其中在重迭測量之後，第二衍射光柵用於確定用於將後續圖象投射到器件上的對準位置。
49.根據權利要求47的方法，其特徵在於，所投射的圖象包括具有與第二衍射光柵不同周期的一個附加衍射光柵，該方法還包括使用附加衍射光柵來確定用於將後續圖象投射到器件上的對準位置。
50.根據前面任何一項權利要求的方法，其特徵在於，該檢測方法在器件上曝光標記之後直接實施。
51.根據權利要求1～49中任何一項的方法，其特徵在於，該檢測方法在器件上曝光及曝光後烘烤標記之後實施。
52.根據權利要求1～49中任何一項的方法，其特徵在於，該檢測方法在器件上曝光及硬烘烤標記之後實施。
53.根據權利要求1～49中任何一項的方法，其特徵在於，該檢測方法在器件上曝光及加工標記之後實施。
54.根據權利要求1～49中任何一項的方法，其特徵在於，該檢測方法在將抗蝕劑層塗敷到器件之後，並且在曝光所述抗蝕劑之前實施，標記在一個或多個器件加工層上。
55.根據前面任何一項權利要求的方法，其特徵在於，該方法用於位於光刻投射裝置內部的器件，標記的位置用於為光刻投射裝置提供對準信息以及提供器件的檢驗。
56.一種器件檢驗裝置，該裝置包括一個設置為引導光至器件上的一個不對稱標記的光源，一個設置為檢測以一個特定波長或衍射角從標記衍射的光從而提供標記的位置測量的檢測器，一個設置為檢測以一個不同波長或衍射角從標記衍射的光從而提供標記的第二位置測量的第二檢測器，和設置為比較所測量的位置以確定表示標記不對稱程度的位移的比較裝置。
57.根據權利要求56的器件檢驗裝置，其特徵在於，該裝置位於光刻投射裝置內部。
58.根據權利要求56的器件檢驗裝置，其特徵在於，該裝置位於連接到光刻投射裝置的軌道內。
59.根據權利要求56的器件檢驗裝置，其特徵在於，該裝置位於一個分離於光刻投射裝置的箱中。
60.根據權利要求56～59中任何一項並且設置為進行根據權利要求1～55中任何一項的方法的器件檢驗裝置。
61.一種器件檢驗裝置，該裝置包括一個設置為引導光至器件上的一個不對稱標記的光源，一個設置為檢測從相位衍射光柵衍射的光的檢測器，和設置為使用所檢測的衍射光獲得檢驗信息的加工裝置。
62.一種計量單元，包括一個被設置為引導光至所需檢驗器件上的標記的寬帶光源，一個具有至少一個參考光柵的可移動託架，一個設置為將光分解為不同波長的分光計衍射光柵，和一個設置為檢測不同波長的光的檢測器陣列，在使用中計量單元設置為使被器件上的標記衍射的光穿過至少一個參考光柵並通過分光計衍射光柵至檢測器陣列，參考光柵被平移，這樣，一個周期信號被檢測器陣列檢測。
63.根據權利要求62的計量單元，其特徵在於，計量單元還包括一個設置為檢測從標記向後反射的光的反射計。
64.一種器件檢驗的方法，該方法包括在一個被檢驗器件上設置一個不對稱標記，該標記包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有相同的周期，並且一個覆蓋另一個，這樣光被兩個衍射光柵的組合衍射，標記的不對稱由第一和第二層的重迭決定，引導光至標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第一位置測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第二位置測量，比較第一與第二所測量位置以確定表示標記不對稱程度的位移。
65.一種器件檢驗的方法，該方法包括在一個被檢驗器件上設置一個不對稱標記，該標記包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有不同的周期，選擇各自的周期以在不同衍射級或波長引起強衍射，標記的不對稱依賴於第一和第二層的重迭，該方法還包括，引導光至標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射級，獲得標記的第一位置測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射級，獲得標記的第二位置測量，比較第一與第二所測量位置以確定表示標記不對稱程度的位移。
66.一種測量光刻投射裝置的聚焦精度的器件檢驗方法，該方法包括在光刻投射裝置的一個掩模上提供一個具有子結構的衍射光柵，該子結構包括一個光程梯度，該梯度具有相鄰衍射光柵柵線相反的符號，使用光刻投射裝置將衍射光柵投射到器件上，由於梯度，所投射的衍射光柵的相鄰柵線沿相反方向移動以形成不對稱標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第一位置測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第二位置測量，比較第一與第二所測量位置以確定表示標記不對稱程度和焦距誤差的位移。
67.一種測量光刻投射裝置的臨界尺寸的器件檢驗方法，該方法包括在一個被檢測器件上提供一個不對稱標記，該標記包括一個具有子結構的衍射光柵，該子結構的周期或者其數量級為光刻投射裝置的極限解析度，子結構設置成衍射光柵柵線的延伸，從而補償衍射光柵的不對稱，臨界尺寸的變化改善了子結構的有效反射率，從而改善了衍射光柵的不對稱，改善的不對稱通過位移測量，該方法還包括，引導光至標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第一位置測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第二位置測量，比較第一與第二所測量位置以確定表示標記不對稱程度和光刻投射裝置的臨界尺寸的位移。
68.一種器件檢驗的方法，該方法包括在一個被檢驗的器件上提供一個不對稱標記，該標記包括器件第一層中的第一衍射光柵，以及器件第二層中的第二衍射光柵，第一衍射光柵和第二衍射光柵具有不同的周期，選擇各自的周期以在不同衍射級或波長引起強衍射，標記的不對稱依賴於第一和第二層的重迭，該方法還包括，加工第一和第二衍射光柵使得包括不對稱的標記從加工中產生，引導光至標記，通過檢測一個特定波長的衍射光或衍射級，獲得標記的第一位置測量，通過檢測一個不同波長的衍射光或衍射級，獲得標記的第二位置測量，比較第一與第二所測量位置以確定表示標記不對稱程度的位移和標記的加工效果。
全文摘要
一種器件檢驗的方法，該方法包括在器件上提供一個被檢驗的不對稱標記，標記的不對稱形式由要檢驗的參數決定，引導光至標記，通過檢測特定波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第一位置測量，通過檢測不同波長的衍射光或衍射角，獲得標記的第二位置測量，比較第一與第二所測量位置以確定表示標記不對稱程度的位移。
文檔編號G03F9/00GK1534271SQ0316484
公開日2004年10月6日 申請日期2003年9月19日 優先權日2002年9月20日
發明者A·J·德博伊夫, F·博內布羅伊克, H·A·J·克拉梅, M·杜沙, R·J·F·范哈倫, A·G·M·基爾斯, J·L·克魯澤, M·范德沙爾, P·J·范維南, E·C·莫斯, P·W·H·賈格, H·范德拉安, P·F·利爾曼恩, A J 德博伊夫, F 範哈倫, H 賈格, J 克拉梅, M 基爾斯, 克魯澤, 利爾曼恩, 呂, 律扯, 範維南, 莫斯, 誆悸摶量 申請人:Asml荷蘭有限公司